Добавил:
linker.pp.ua Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

реф. Исследование методов повышения пропускной способности в сетях UMTS

.pdf
Скачиваний:
43
Добавлен:
15.12.2018
Размер:
2.4 Mб
Скачать

Зона

единичного

канала

Зона мягкого хэндовера

Полная мощность передатчика базовой станции: Pt Мощность на соединение: Pc

Large G

 

 

 

Small G (~ 0 дБ)

 

 

 

 

 

Рис. 1.8. зависимость геометрического фактора G от положения абонента в соте

 

 

 

Влияние многолучевого распространения

 

 

-8

 

 

 

 

 

 

 

 

-10

 

 

 

 

 

 

 

 

-12

 

 

 

 

 

 

 

[дБ]

-14

 

 

 

 

 

 

 

-16

 

 

 

 

 

 

 

Pt/Pc

 

 

 

 

 

 

 

-18

 

 

 

 

 

 

 

 

-20

 

 

 

 

 

 

 

 

-22

 

 

 

 

 

 

 

 

-24

 

 

 

 

 

 

 

 

-10

-5

0

5

10

15

20

25

 

 

 

 

G = Pc/N0 [дБ]

 

 

 

 

 

 

 

Пешеход А

Подвижное средство А

 

 

Рис. 1.9. Влияние многолучевого распространения

Следует отметить, что многолучевость увеличивает зону обслуживания для восходящего канала, но многолучевость необязательно повышает пропускную способность нисходящего канала вследствие потери

ортогональности.

24

Ортогональные коды делают нисходящий канал WCDMA более устойчивым к влиянию помех самой соты по сравнению с восходящим каналом, а помехи, создаваемые сотами друг другу, от соседних базовых станций оказывают большее влияние на пропускную способность нисходящего канала. Величина помех от соседних сот зависит от среды распространения и планирования сети. Более высокая нагрузка приводит к уменьшению зоны обслуживания [2].

В макросотах пропускная способность в восходящем канале выше, чем в нисходящем, тогда как в микросотах пропускные способности восходящего и нисходящего каналов полностью сбалансированы.

Пропускная способность нисходящего канала больше зависит от среды распространения и многолучевого профиля, чем пропускная способность восходящего канала. Причина заключается в применении ортогональных кодов.

Количество ортогональных кодов в нисходящем канале ограничивается одним кодом скремблирования. Максимальное число ортогональных кодов определяется коэффициентом расширения спектра SF. Это кодовое ограничение будет оказывать влияние на пропускную способность в нисходящем канале, если среда распространения будет благоприятной, а

аппаратные средства сети смогут поддерживать такую высокую пропускную способность.

Число ортогональных кодов не является жестким ограничением для пропускной способности в нисходящем канале. Если это число недостаточно велико, то в нисходящем канале может использоваться дополнительный код скремблирования, который создает второй комплект ортогональных коротких кодов.

1.4.2. Разнесение при передаче в нисходящем канале

Пропускную способность в нисходящем канале можно повысить,

используя разнесение антенн на приеме в подвижной станции. Однако, для

25

небольших и дешевых подвижных станций не представляется возможным иметь приемник с двумя разнесенными антеннами. Поэтому стандарт

WCDMA поддерживает использование разнесения при передаче на базовой станции. При разнесении во время передачи сигнал в нисходящем канале передается по двум ветвям разнесения антенн на базовой станции. Для создания разнесения при передаче по нисходящему каналу можно использовать пространственное или поляризационное разнесение антенн.

Выигрыш от когерентного сложения может быть получен в результате того, что сигнал складывается когерентно, в то время как помеха складывается не когерентно. Выигрыш от идеального когерентного сложения при использовании двух антенн составляет 3 дБ [6]. В восходящем канале когерентное сложение сигнала от двух разнесенных антенн производится с помощью приемника Rake. В восходящем канале выигрыш от когерентного сложения составляет (2.5 – 3.0) дБ в зависимости от точности оценки канала.

Как разнесение при приеме, так и разнесение при передаче дают выигрыш в борьбе с помехами. Этот выигрыш будет больше при меньшей степени многолучевости.

Разнесение при передаче позволяет сохранить коды в нисходящем канале ортогональными при наличии амплитудных замираний и сделать максимальной пропускную способность в нисходящем канале, ограниченную действиями помех.

В микросотах пропускные способности в нисходящем и восходящем каналах можно считать в грубом приближении равными без разнесения при передаче. При наличии разнесения при передаче пропускная способность нисходящего канала, ограниченная действием помех в среде микросот, явно становится выше, чем пропускная способность восходящего канала. Иметь асимметричную пропускную способность радиоинтерфейса выгодно, так как ожидаемые требования к пропускной способности выше в нисходящем канале, чем в восходящем.

26

Влияние выигрыша от разнесения при передаче в нисходящем канале на пропускную способность канала и зону обслуживания показано на рис.

1.10. возможно получение выигрыша пропускной способности на 2 дБ,

включая выигрыш от когерентного сложения и выигрыш от разнесения при борьбе с замираниями.

Как вариант, выигрыш от разнесения при передаче может использоваться для улучшения зоны обслуживания по нисходящему каналу при сохранении нагрузки без изменений либо для уменьшения необходимой мощности передачи базовой станции.

Может оказаться невозможным воспользоваться выигрышем в зоне обслуживания по нисходящему каналу и увеличением размера соты от разнесения при передаче в нисходящем канале, если ограничивающим направлением в зоне обслуживания будет направление восходящего канала.

Максимальные потери на трассе [дБ]

Примечание: Зона обслуживания зависит от нагрузки

Выигрыш в зоне

 

 

обслуживания 7 дБ

 

Выигрыш в пропускной

 

 

 

 

способности 2,0 дБ

 

 

 

 

Нагрузка [Кбит/с]

Рис. 1.10. Выигрыш в пропускной способности в нисходящем канале от разнесения

1.5.Постановка задачи

Исходя из выше сказанного все существующие методы повышения пропускная способность современных сетей могут быть разделены на две категории: структурно-функциональные (жесткие) методы и параметрические (мягкие) методы.

27

Структурно функциональные (жесткие) методы:

Расширение сквозной полосы частот, занимаемой системой (проблема загруженной спектра);

Наличие возможности поэтапного наращивания системы с целью увеличения ее пропускной способности, так как при развитии любой системы рано или поздно наступает момент, когда ее предельная пропускная способность становится недостаточной для поддержания обслуживания старых и новых абонентов на первоначальном уровне гарантированной QoS;

Повышение надежности системы зачет (резервирование);

Унификация оборудования с переходом на программируемые модули

(soft radio), объединение в одной базовой станции разных технологий

OFDMA,CDMA, TDMA, SDMA (концепция открытой беспроводной

платформы);

Оптимизация транспортной сети;

Применение многоантенных систем МІМО (Multiple Input Multiple Output);

Повышение энергетики радиолинии: увеличение мощности передатчика и коэффициента усиления антенны;

Использование большего числа частот = несущих;

Применение кодека с меньшими скоростями передачи, например,

речевого кодека AMR.

Параметрические методы (мягкие):

Динамическое планирование сети, особенно, в условиях городской застройки, перепада суточной нагрузки;

Распределение ресурсов радиосети;

Перераспределение трафика;

Управление качеством обслуживания (QoS);

28

Применение перечисленных методов позволяет оптимизировать действующие сети UMTS и обеспечить повышение пропускной способности.

Таким образом, возникают следующие задачи, которые должны быть решены в диссертации:

1- Выбор метода расчета пропускной способности в сетях UMTS;

2- Анализ существующих методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;

3- Выбор критериев эффективности методов повышения пропускной способности в сетях UMTS;

4- Оценка эффективности методов повышения пропускной способности при помощи имитационного моделирования в среде MATLAB.

29

2.АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ПРОПУСКНОЙ

СПОСОБНОСТИ СЕТИ UMTS 2.1. Применение речевого кодека AMR

Многоскоростной речевой кодер (AMR - Adaptive Multi-Rate) – это единый интегрированный речевой кодек с восемью исходными скоростями:

12‚2; 10‚2; 7‚40 (IS-641); 6‚70 (PDS-EFR); 5‚90; 5‚15 и 4‚75 Кбит/с [8].

При использовании AMR кодека можно увеличить пропускную способность при передаче речи в UMTS за счет использования более низкой скорости передачи. Общее число переданных бит пользователя не увеличивается при использовании более низких скоростей передачи AMR –

увеличивается число соединений, хотя скорость передачи в битах на пользователя уменьшается. Кодек AMR позволяет создать компромисс между пропускной способностью при передаче речи и качеством в

соответствии с потребностями оператора.

Скорости передачи в AMR управляются сетью радиодоступа и не зависят от речевой активности абонента. Для облегчения совместимости с существующими сотовыми системами некоторые из режимов выбраны такими же, что и у существующих сотовых сетей. Речевой кодек AMR со скоростью передачи 12‚2 Кбит/с соответствует кодеку EFR в GSM, со скоростью передачи 7‚4 Кбит/с соответствует речевому кодеку US-TDMA, а

со скоростью передачи 6‚7 Кбит/с – Японскому кодеку PDS. Речевой кодер

AMR может по команде производить переключение своей скорости передачи в каждом речевом фрейме (кадре) длительностью 20 мс. Для переключения режима AMR выбраны два способа: управление по каналам сети или с

использованием выделенного канала.

Кодер AMR работает с речевыми фреймами длительностью 20 мс, что соответствует 160 выборкам при частоте 8000 выборок в секунду. Схема режимов многоскоростного кодирования показано на рис. 2.1. представляет собой так называемый алгебраический метод кодирования и линейного

предсказания Algebraic code-excited linear prediction

(ACELP).

30

 

Многоскоростной кодер ACELP называется MR-ACELP. За каждые 20 мс

(160 речевых выборок) речевой сигнал анализируется для извлечения параметров модели CELP (коэффициентов фильтра с линейным предсказанием, адаптивных и фиксированных индексов кодировочной книги и коэффициентов усиления). Биты с параметрами речи, переданные кодирующим устройством речи, перераспределяются в соответствии с их субъективной важностью перед тем, как они передаются по сети.

Фрейм

Тип фрейма (4 бита)

Индикатор качества фрейма

Режим запроса (3 бита)

Режим индикации (3 бита)

Значение CRC (8 бита)

Класс А

Класс B

Класс C

Рис. 2.1. Структура кадра AMR

заголовок

дополнительная информация (для режима адаптации и обнаружение ошибок)

Основная часть (речь или комфортный шум)

Структура кадра AMR показана на рис. 2.1. Кадра AMR включает три основные части: заголовок, дополнительная информация и основная часть.

Заголовок содержит тип фрейма и поле индикатора качества фрейма,

который указывает на качество. Тип фрейма указывает использование одного из восьми режимов кодека AMR для этого фрейма, шумовой фрейм или пустой фрейм. Дополнительная информация включает в себя режим запроса, режим индикации и значение CRC.

Характеристики режимов работы AMR – кодеков приведены в таблице

2.1. Режимам AMR с 0 по 7 назначены восемь различных скоростей передачи. Режимы AMR с 8 по 11 применяются для передачи различных

31

типов дескриптора молчания (SID), которые используются для построения кадров комфортного шума. Режимы AMR 12 - 14 зарезервированы для будущего использования, а режим AMR 15 не предназначен для передачи и приема данных [8].

 

 

 

 

Таблица 2.1

 

Режимы речевого кодека AMR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Индекс

Содержание фрейма

Класс А

Класс B

 

Класс C

 

фрейма

(Режим AMR, комфортный шум и др.)

биты

биты

 

биты

 

 

 

 

 

 

 

 

0

AMR 4.75 Кбит/с

42

53

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

1

AMR 5.15 Кбит/с

49

54

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

2

AMR 5.90 Кбит/с

55

63

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

3

AMR 6.70 Кбит/с

58

76

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

4

AMR 7.40 Кбит/с

61

87

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

5

AMR 7.95 Кбит/с

75

84

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

6

AMR 10.2 Кбит/с

65

99

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

7

AMR 12.2 Кбит/с

81

103

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

8

AMR SID

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

9

GSM EFR SID

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

10

TDMA EFR SID

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

11

PDC EFR SID

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

12-14

Future usage

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

15

No data to transmit/receive

-

-

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

Перераспределенные биты затем сортируются с учетом их восприимчивости к ошибкам и делятся на три класса по их важности: A, B и C. Класс А является наиболее уязвимым и в радиоинтерфейсе используется самое мощное канальное кодирование для битов класса А.

Во время обычного телефонного разговора его участники говорят попеременно, так что в среднем каждое направление передачи занято около

50% времени. У AMR имеется три основных функции для эффективного использования прерывистой занятости:

32

Детектор речевой активности (VAD - voice activity detector) на передающей стороне

Оценка фонового акустического шума на передающей стороне для того, чтобы передавать характеристические параметры приемной стороне

Передача комфортного шумового фона на приемную сторону, что достигается посредством фрейма Дескриптора тишины, который посылается через одинаковые промежутки времени

Генерация (воспроизведение) комфортного шума на приемной стороне

впериоды, когда не принимаются нормальные речевые фреймы.

Система прерывистой передачи речи (DTX) имеет некоторые очевидные положительные стороны: в пользовательском терминале продлевается срок жизни батареи или же при заданной длительности работы может использоваться батарея с меньшей емкостью. Если смотреть с позиции сети, то уменьшается требующаяся скорость передачи битов, что ведет к снижению уровня помех, а, следовательно, к повышению пропускной способности.

Спецификация AMR также содержит механизмы складывания ошибок.

Замена фрейма имеет целью скрыть (ослабить) влияние речевых фреймов

AMR. Заглушение выходного сигнала при потере нескольких фреймов производится для того, чтобы показать нарушение канала пользователю и избежать возможного возникновения раздражающих звуков в результате процедуры замены фреймов [8]. Речевой кодек AMR может выдерживать вероятность появления ошибок фрейма (FER) для битов класса A до 1% без ухудшения качества речи. Для битов классов B и C допускается более высокое значение FER. Соответствующий коэффициент битовых ошибок

(BER) для битов класса A будет около 10‾4.

Скорость передачи для речевого соединения AMR может управляться с помощью сети радиодоступа в зависимости от нагрузки радиоинтерфейса и качества речевых соединений. При большой нагрузке, например, в ЧНН,

можно использовать более низкие скорости передачи битов AMR для

33

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.